Die Nuklearmedizin beschäftigt sich mit der Anwendung radioaktiver Substanzen, sogenannter Radiopharmaka oder Radiotracer (umgangssprachlich häufig auch „radioaktive Kontrastmittel“ genannt). Hierbei handelt es sich um kleinste Mengen schwach radioaktiv markierter Substanzen, die zu diagnostischen Zwecken in den Körper eingebracht werden und dort Stoffwechselvorgänge und funktionelle Prozesse bildlich darstellen können.
Die Injektion erfolgt in der Regel über eine Vene, aber auch Schlucken oder Einatmen der Substanzen ist bei bestimmten Untersuchungen möglich. Die Verteilung im Körper und Anbindung an die Zielstruktur erfolgt dann von selbst, andere Stoffwechselvorgänge im Körper werden hierdurch nicht beeinflusst. Mittels spezieller, hochempfindlicher Kamerasysteme kann die Verteilung der radioaktiven Substanzen im Körper sichtbar gemacht werden und erlaubt somit einen einzigartigen Blick in den Körper.
Im Gegensatz zu morphologischen bzw. anatomischen Bildgebungsverfahren, die meist die Struktur und das Aussehen der Organe darstellen, kann die Nuklearmedizin Störungen oder Veränderungen von (Stoffwechsel-)Funktionen darstellen ("funktionelle Bildgebung"). Dies liefert ergänzende und zusätzliche Informationen und erlaubt häufig das Erkennen von Krankheiten in sehr frühen Stadien.